CN108051250A - 一种自动回收深海取样器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种自动回收深海取样器，包括外壳，外壳内从上到下依次设置有气囊仓、压缩气体仓及取样仓；气囊仓下部安装有气囊，压缩气体仓内容纳有压缩气体，压缩气体仓仓壁安装有连通气囊内部的电磁阀；取样仓内设置有主控板及多个水样仓和泥样仓。该取样器非常适合于深海海底取样探测，不仅可记录海底距离与压力温度的变化，而且可自动采取不同海底深度的水样和泥样。内设自动回收装置，在无缆绳连接的情况下，可通过压缩气体填充气囊仓实现采样器的自动上浮，采样器回收率高，实现了对深海海水、海底沉积物等的高效取样。
Description
技术领域
本发明属于海底取样装置领域，尤其涉及一种自动回收深海取样器。
背景技术
深海海域蕴藏了丰富的石油、天然气等油气资源，是地球上尚未被人类充分认识与利用的最大潜在战略资源基地。随着能源问题的加剧，深海能源开发及研究的重要性也日渐凸出。海底沉积物和海水的取样是寻找和勘探海洋油气资源及微生物资源的第一步,是进行工程地质勘察和环境生态研究的基础。
几十年来，海洋沉积物采样技术多以传统的船载带缆取样器为主，诸如重力箱式、抓斗及活塞柱状取样器等。但这些传统的船载带缆取样器取样器投放及回收均需投放大梁缆绳，投放深度收缆绳长度限制，且缆绳易受海底礁石缠挂、取样装置损坏几率大。无缆取样器成为海底沉积物取样的发展趋势，现有的无缆取样器只能单一取水样或泥样，且存在回收困难，回收率低的问题。
发明内容
本发明针对现有的取样器功能单一，难以回收的技术问题，提出一种可多深度取水样，定深度取泥样的深海取样器，该取样器可自动上浮，便于回收。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种自动回收深海取样器，包括外壳，外壳内从上到下依次设置有气囊仓、压缩气体仓及取样仓；所述气囊仓上部设置有排水孔，气囊仓下部安装有气囊；所述压缩气体仓内容纳有压缩气体，压缩气体仓仓壁上安装有连通气囊内部的电磁阀；所述取样仓内安装有主控板及电池，主控板上集成有控制模块、存储模块、温压传感器及GPS定位模块；取样仓侧壁设置有温压感应器及自上而下设置的多个取样口，取样仓内安装有与取样孔对应的水样仓及泥样仓，所述水样仓的取样口处安装有电控闸阀，所述取样仓内还设置有推动泥样仓进出的驱动装置；所述取样仓内安装有可伸缩刀，取样仓侧壁设置有供伸缩刀伸出的刀片弹出口；所述控制模块控制电磁阀、电控闸阀及驱动装置的运行。
作为优选，所述驱动装置为与控制模块电连接的液压器，液压器伸缩杆连接泥样仓。
作为优选，所述驱动装置包括电机，电机的电机轴上安装有凸轮，凸轮推动泥样仓进出取样口。
作为优选，所述气囊材质为高弹性橡胶。
作为优选，所述主控板上设置有蓝牙模块。
作为优选，所述伸缩刀包括呈十字交叉的四组刀片。
作为优选，所述伸缩刀的刀片连接有液压器伸缩杆，液压器伸缩杆连通液压器。
作为优选，所述取样器下端为尖顶结构。
作为优选，所述取样器外壳涂覆有防腐涂层。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明所述的取样器非常适合于深海海底取样探测，不仅可记录海底距离与压力温度的变化，而且可自动采取不同海底深度的水样和泥样。内设自动回收装置，在无缆绳连接的情况下，可通过压缩气体填充气囊仓实现采样器的自动上浮，采样器回收率高，实现了对深海海水、海底沉积物等的高效取样。
附图说明
图1为本发明取样器的结构示意图；
图2为本发明取样器的可伸缩刀结构示意图；
图3为本发明取样器的控制原理示意图；
以上各图中：1、外壳；2、气囊仓；21、排水孔；22、气囊；3、压缩气体仓；31、电磁阀；4、取样仓；41、温压感应器；42、取样口；43、水样仓；44、泥样仓；45、出气阀门；46、进水阀门；47、刀片弹出口；5、主控板；6、电池；7、液压器；71、液压器伸缩杆；8、可伸缩刀；81、刀片；811、刀刃。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例做具体说明。
实施例：如图1、图2所示，一种自动回收深海取样器，包括金属外壳1，该外壳1上粗下细，上轻下重，其下端为尖顶结构，投入水中后可竖直沉入水底，顺利贯入海底软沉积物层。外壳1内从上到下依次设置有气囊仓2、压缩气体仓3及取样仓4。
回收取样器时所述气囊仓2内充满气体为取样器提供浮力。气囊仓2上部设置有连通外部的排水孔21，气囊仓2下部安装有气囊22，该气囊22采用高弹性橡胶制成。所述压缩气体仓3内容纳有压缩气体，压缩气体仓3仓壁安装有连通气囊22内部的电磁阀31。需回收采样器时，电磁阀31打开，压缩气体迅速膨胀进入气囊22内，将气囊22充起，气囊仓2内充满气体后采样器因浮力上升，浮出水面。
所述取样仓4采用密封结构，内部安装有主控板5及电池6，主控板5上集成有控制模块、存储模块、距离感应器、GPS定位模块及蓝牙模块。控制模块用于数据处理及控制电磁阀31和下述电控闸阀、驱动装置等电子元器件的运行。距离感应器检测采样器距海底的距离，GPS定位模块记录取样器坐标的变化，距离感应器和GPS定位模块所记录的数据均通过控制模块存储于存储模块。主控板5及电池6均安装在由高镍合金或钛合金制成的防腐密封盒内，以防止意外情况下海水侵蚀及水压影响。
取样仓4侧壁设置有温压感应器41及自上而下设置的多个取样口42，温压感应器41感应记录取样器下潜过程中的温度及压力变，稳压感应器的输出端连接存储模块。取样仓4内安装有与取样孔对应的水样仓43及泥样仓44，本实施例设置有三个泥样仓44和四个水样仓43，用于采取不同深度的泥样和水样。每个水样仓43的取样口42处均安装有一个与控制模块电连接的电控闸阀，电控闸阀包括一个出气阀门45和一个进水阀门46，当需取水样时，出气阀门45和进水阀门46均打开，海水涌入水样仓43内，此后两阀门均关闭。所述取样仓4内还设置有推动泥样仓44进出的驱动装置，该驱动装置可以为螺杆、液压装置等其他可推动泥样仓44伸出取样仓4的装置。本实施例采用与控制模块电连接的液压器7，液压器伸缩杆71连接泥样仓44。当然也可采用凸轮结构，凸轮结构包括电机，电机的电机轴上安装有凸轮，凸轮推动泥样仓44进出取样口42。
为使采样器沉入海底后在一定深度的海底沉积物中静止，所述取样仓4内安装有可伸缩刀8，取样仓4侧壁设置有供伸缩刀伸出的刀片弹出口47。所述伸缩刀包括呈十字交叉的四组刀片81，刀片81前端为锋利的刀刃811，刀片81后端连接在液压器伸缩杆71上，液压器伸缩杆71连通液压器7。
为便于读取存储模块记录的数据，所述主控板5上还设置有蓝牙传输模块，可通过蓝牙配对读取数据。
为防止金属外壳1受海水侵蚀，外壳1采用耐海水腐蚀的不锈钢制成(本实施例采用00Cr16Ni6Mo3Cu1N高强度耐海水腐蚀马氏体不锈钢)或涂覆防腐涂层。
具体取样过程如下：将取样器投入水中，在重力作用下采样器不断下沉。下沉过程中距离感应器不断感应距海底的距离并将距离值传输至控制模块，当距离值等于存储模块中预设的距离值时，控制模块控制出气阀门45与进水阀门46同时开启，海水迅速进入水样仓43，大约10秒后，控制模块控制出气阀门45与进水阀门46关闭。根据取水样深度要求，可多深度取水样。当到达某一深度要求时，温压感应器41检测温度与压力值，并将数据传输至控制模块，由存储模块存储不同深度下的温度压力值。采样器继续下沉，当距离感应器检测到距海底的距离为0时，控制模块控制连接刀片81的液压器伸缩杆71伸出，刀片81从刀片弹出口47中弹出，插入泥中，取样器停滞在泥中。随后控制模块控制与泥取样器连接的液压器伸缩杆71伸出，海底沉积物在重力作用下进入泥取样器内，此后液压器伸缩杆71回缩，泥取样器从取样口42中收回。温压感应器41感应并重点记录此过程中的温度与压力，完成取样。
完成取样后，控制模块控制压缩气体仓3内的电磁阀31打开，压缩气体仓3内的压缩气体迅速膨胀充入气囊22内，气囊仓2中的海水被气囊22从排水孔21排出。随后主控制模块控制与刀片81连接的液压器伸缩杆71回缩，刀片81收回。取样器在气囊22浮力的作用下上浮至海平面，操作人员通过搜寻GPS定位模块所发出的信号寻找到取样器。通过蓝牙模块即可实现数据的导出，并对控制模块下达指令操纵取样器内部模块取出样品。
本发明所述的取样器非常适合于深海海底取样探测，不仅可记录海底距离与压力温度的变化，而且可自动采取不同海底深度的水样和泥样。内设自动回收装置，在无缆绳连接的情况下，可通过压缩气体填充气囊仓2实现采样器的自动上浮，采样器回收率高，实现了对深海海水、海底沉积物等的高效取样。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种自动回收深海取样器，其特征在于：包括外壳，外壳内从上到下依次设置有气囊仓、压缩气体仓及取样仓；所述气囊仓上部设置有排水孔，气囊仓下部安装有气囊；所述压缩气体仓内容纳有压缩气体，压缩气体仓仓壁安装有连通气囊内部的电磁阀；
所述取样仓内安装有主控板及电池，主控板上集成有控制模块、存储模块、距离感应器及GPS定位模块；取样仓侧壁设置有温压感应器及自上而下设置的多个取样口，取样仓内安装有与取样孔对应的水样仓及泥样仓，
所述水样仓的取样口处安装有电控闸阀，所述取样仓内还设置有推动泥样仓进出的驱动装置；所述取样仓内安装有可伸缩刀，取样仓侧壁设置有供伸缩刀伸出的刀片弹出口；
所述控制模块控制电磁阀、电控闸阀及驱动装置的运行。
2.根据权利要求1所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述驱动装置为与控制模块电连接的液压器，液压器伸缩杆连接泥样仓。
3.根据权利要求1所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述驱动装置包括电机，电机的电机轴上安装有凸轮，凸轮推动泥样仓进出取样口。
4.根据权利要求2或3所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述气囊材质为高弹性橡胶。
5.根据权利要求4所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述主控板上设置有蓝牙模块。
6.根据权利要求5所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述伸缩刀包括呈十字交叉的四组刀片。
7.根据权利要求6所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述伸缩刀的刀片连接有液压器伸缩杆，液压器伸缩杆连通液压器。
8.根据权利要求7所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述取样器下端为尖顶结构。
9.根据权利要求8所述的自动回收深海取样器，其特征在于：所述取样器外壳涂覆有防腐涂层。
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